JPH0250960A - スパッタリング装置 - Google Patents

スパッタリング装置

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JPH0250960A
JPH0250960A JP20137688A JP20137688A JPH0250960A JP H0250960 A JPH0250960 A JP H0250960A JP 20137688 A JP20137688 A JP 20137688A JP 20137688 A JP20137688 A JP 20137688A JP H0250960 A JPH0250960 A JP H0250960A
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伸昌 鈴木
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、半導体素子製造に用いられるスパッタリング
装置、特に配線用AA膜を低タメーシて高速に形成する
スパッタリング装置に関する。
〔従来技術の説明〕
従来配線用Al1膜の形成にはスパッタリンク装置か用
いられてきた。
第3図に、代表的なスパッタリング法である平行平板型
スパッタリング法を示す。301は真空室、302はS
iなどの基板、303は基板302の支持体、304は
Arなどの雰囲気カスの導入管、305は排気口、30
6は高周波電源、307は高周波電源306に接続され
た電極、308は電極307に載置されたターゲットで
ある。電極307に載置されたターケラ1〜308の対
向位置にある基板支持体303上に基板302を買いて
、電極307に高周波電力を印加し、プラズマ反応で生
成した雰囲気カスのイオンによりターゲット308をス
パッタリングして基板302上に薄膜を形成するもので
ある。しかし、従来のスパッタリング装置は、堆積速度
か不充分であることや、高速に成膜する為にターケラ1
〜印加電圧を増加させるとイオンエネルキーか高い為基
板へのイオンの入射によるダメージが発生し、素子の電
気的特性が劣化するという欠点がある。
これに対して、高速化や低ダメージ化の為にマグネトロ
ンスパッタリング装置、対向ターゲットスパッタリング
装置、ECRスパッタリング装置などが検討されている
。
第4図にマグネトロンスパッタリング装置を示し、40
1は真空室、402はSiなどの基板、403は基板4
02の支持体、404はArなとの雰囲気カスの導入管
、405は排気口、406は高周波電源、407は高周
波電源に接続された電極、408は電極に載置されたタ
ーゲット、409は閉ループ磁界を発生する磁石である
。電極407に載置されたターゲット408の対向位置
にある基板支持体403上に基板402を置いて、電極
407に高周波電力を印加し、発生したプラズマを磁石
409により発生した閉ループ磁界でターゲット408
付近に閉し込め、プラズマ密度を上げることにより、有
効にターゲット408をスパッタリンクし、実際に10
6Torr台での低いガス圧でも高い堆積速度を実現し
ている。
しかしなから、このようなスパッタリング装置ては、や
はり高速イオンによる基板のダメージか発生しやすい。
加えて、ターゲラ1〜の侵食部か局在している為、ター
ゲットの利用効率が極めて低いという欠点かある。
第5図に対向ターゲットスパッタリング装置をボし、5
01は真空室、502はSiなとの基板、503は基板
502の支持体、504はArなどの雰囲気ガスの導入
口、505は排気口、506は電源、507は電源50
6に接続された電極、508は電極507に載置された
ターゲット、509は対向磁界を発生ずる磁石である。
基板支持体503上に基板502を置いて導入口504
よりArなとの雰囲気ガスを導入した後、電極507に
電圧を印加し、発生したプラズマを磁石509により発
生した対向磁界によりターケラ8508間に閉し込め、
プラズマ密度を上げることにより、有効にターケラl−
508をスパッタリングし、高い堆積速度を実現してい
る。
しかしながら、このようなスパッタリング装置では、や
はり高速イオンによる基板のダメージか発生しやすいと
いう欠点かある。
また、以上のスパッタリング装置ては、投入された電力
のほとんとか熱エネルギーとして消費されてしまう為に
投入電力に占めるプラズマ形成に用いられる電力の割合
か低い為、電力効率か低いという欠点もあった。
すなわちスパッタリング装置には以下の事項か望まれる
。
(1)基板ダメージがなく高速で堆積てきること(低イ
オンエネルキー、高密度プラズマ)。
(2)プラズマのイオン化率が高く活性であること。
(3)イオンエネルギーの分散が狭いこと。
(4)イオンエネルギーか制御可能であること。
方、電子サイクロトロン共D%(ECR)と発散磁界と
を組み合せたスパッタリング装置か、例えは特開昭56
−155535号公報て提案されている。
第6図にECRスパッタリング装置を示し、601は真
空室、602はSlなとの基板、603は基板602の
支持体、606は高周波電源、607は高周波電源60
6に接続された電極、608は電極607に載置された
ターゲット、612はマイクロ波、613は発散磁界を
発生するコイルである。基板支持体603上に基板60
2を置いてArなどのτ囲気カスを導入した後、マイク
ロ波612を導入し、コイル613により発生した87
5ガウス以上の磁束密度をもつ磁界によりECR状態に
し、低エネルギーで高密度のプラズマを発生し、有効に
ターゲット608をスパッタリングし、低ダメージて高
い堆積速度を実現している。
しかしなから、上記従来のスパッタリング装置ては、プ
ラズマ発生室の大きさか、マイクロ波の波長によって決
定されてしまい、それたり装置構成の自由度か少いとい
う欠点かあった。加えて、形成される膜がAnなとの場
合には、マイクロ波導入窓に膜か(−1着すると、マイ
クロ波を反射し、放電か安定に維持てきないという欠点
をもっている。
又、堆積速度も充分すぎるというわけではなく、更なる
高速化が必要である。
〔発明の目的) 本発明は、従来のスパッタリング装置における上述の問
題点を解決して、装置構成の自由度が高く大面積化可能
で、安定性に優れ、低タメーシて高速な薄膜形成を可能
にするスパッタリング装置を提供することを目的とする
。
(発明の構成・効果) 従来のECRスパッタリング装置における前述の問題点
は、マイクロ波を窓を介して電磁波として直接導入した
ことと、プラズマを閉し込める手段を用いていないこと
に起因する。
本発明者らは、窓を介さすにマイクロ波を導入する手段
として各種アンテナを検討した。その結果、スリットの
長さをマイクロ波の波長の半分の整数倍にしなけれはな
らないこと以外寸法に対する制約かなく、大面積化可能
なスリブトイ」円筒型アンテナか最適と判断した。第2
図にスリブトイ」円筒型アンテナ211を示す。212
はスリットで、長さはマイクロ波の波長の半分(2,4
5G Hzの円周数を持つマイクロ波の場合約60m 
m )の整数倍にしなりれはならない。213はマイク
ロ波を伝播する同軸管である。スリット付円筒型アンテ
ナ211をマイクロ波導入手段として用い、スパッタリ
ング成膜に用いたところ、放電か安定し、アンテナ21
1などに膜かイ」着しても安定した成膜かできた。
次に、磁界によって、ECRプラズマを閉し込めること
を検討した。ます最も多く用いられているマグネトロン
スパッタリング装置の閉ループ磁界によってECRプラ
ズマを閉し込めようとしたか、ECRプラズマを発生さ
せる発散磁界と閉ルブ磁界がうまく結合せす、有効に閉
じ込めることはできなかった。さらに対向磁界によるE
CRブラスマの閉じ込めを検討し、対向磁界を取り囲む
ようにスリブ(・円筒型アンテナを配置することによっ
て、ECRプラズマを発生する磁界と対向磁界か有効に
結合し、高密度プラズマか実現した。
本発明は、以上の知見に基ついて発明されたものであり
、従来のスパッタリング装置の問題点を解決し、前述目
的を達成するものである。
即ち、本発明によれば、スパッタリング面が対向するよ
うに設けられ、負のバイアスを印加できるターゲットの
背面にスパッタリング面に垂直な方向に磁界を発生する
手段を有する対向ターケ・ント装置に、ターゲット間の
空間を囲むようにマイクロ波導入手段としてのスリット
付円筒型アンテナを配置し、磁界の磁束密度を875ガ
ウスもしくはそれ以上にすることによって、比較的イオ
ンエネルギーの低いECRプラズマを対向磁界で閉し込
め、低タメーシで高速な薄膜形成を可能にしたものであ
る。又、スリットの長さ以外寸法に対する制限がなく、
膜が付着してもマイクロ波を反射しないスリット付円筒
型アンテナを用いているので、従来のECRスパッタ装
置の問題が生じな第1図は、本発明の特徴を最もよく表
わす装置の断面図であり、101は真空に保持された反
応室、102はSiなどの基板、103は基板102の
支持体、104はArなとの雰囲気カスの導入管、10
5はターボ分子ポンプなとの排気手段に接続された排気
口、110はマイクロ波電源、111はマイクロ波導入
手段としてのスリット付円筒型アンテナ、108はAn
なとのターゲット、107はターゲット108を載置し
た電極、109はターゲット108の表面に垂直な石井
界を発生する磁石、106は電極107に負のバイアス
を印加する電源である。
まず、導入管104よりArなとの雰囲気カスを導入し
、排気口105と排気手段との間に設りられたコンタク
タンスバルブ(不図示)を調節し、圧を1 x 10−
’−5x 10−”Torr、望ましくは2x 10−
4〜2x 10−”Torrに保つ。マイクロ波電源1
10て発生した通常2.45GHzの周波数をもつマイ
クロ波をスリット付円筒型アンテす111に伝え、反応
室101に導入する。磁石109によって発生する磁界
の磁束密度をターゲット108間の空間で875ガウス
もしくはそれ以上に選択しておくことにより、電子サイ
クロトロン共鳴(ECR)状態になり、電子が磁力線を
中心に回転し、イオン化効率か向上する。加えて、対向
磁界により電子が閉し込められる為プラズマ密度が非常
に高くなる。この状態で、電極107に一10v以上、
望ましくは一100〜1kvのバイアスを電源106を
用いて印加することにより、プラズマ中のイオンがター
ゲット108から粒子をスパッタリングし、基板102
上に薄膜が形成される。ECR状態でかつ対向磁場によ
り電子を閉じ込めているのてプラズマ密度か高く、高速
な薄膜形成が可能になる。又、一般にマイクロ波プラズ
マは従来用いられている高周波プラズマよりもイオンエ
ネルギーが低く、基板のダメージか発生し難い。
(膜堆積例) ターゲットとしてAflを用い、表1に示される条件で
成膜したところ、良質のAl1膜か堆積速度14μm/
minと高速で形成された。
又、下地基板としてMOS構造の上にPSGをコートし
たものを用い、同一条件てAJZ膜を形成し、成膜前後
のフラットバント電圧のシフトなC■測測定より求めた
ところ、0.5v以下と良好たった。第7図に使用した
基板と測定法を示ず。714はn+−81基板、715
はゲート酸化膜(20nm厚)、716はpoly−S
iケト電極(300nm厚)、717はpsc月1(1
μm厚)、719はC−V測定系、718は堆積したA
Il膜て、Aρ膜718の堆積前後にCV特性を測定し
、堆積中のイオン衝撃によって生成する電荷捕獲準位密
度を反映するフランl−ハンド電圧のシフトてダメージ
を評価した。
表1 (比較例) 従来の対向ターゲットスパッタリング装置を用いてA℃
膜の成膜を行ったところ堆積速度は高々05μm/mi
n、フラ・ントノNント電圧のシフトも3■以上で、本
発明の方か明らかに優れている。
又、従来のECRスパッタリング装置を用いてAn!の
成膜を行ったところ、堆積初期においては1μm/mi
n以上の堆積速度を示したが、堆積が進むにつれ、マイ
クロ波の導入窓がAfl膜の付着により曇り始め、マイ
クロ波の反射か多くなり、堆積速度が低下し、結局放電
か維持てきなくなり、堆積か止ってしまった。
上述の本発明の装置においては、マイクロ波導入手段と
してスリット付円筒型アンテナを用いるようにしたか、
対向磁界に垂直な電界をもつマイクロ波の導入手段なら
適用可能である。
又、基板の電位はグランドに落した例を示したが、基板
入射イオンエネルギーを制御する為、バイアスを印加し
ても良い。
〔発明の効果の概要〕
以上説明したように、対向ターゲットスパッタリング装
置にターゲット間の空間を囲むようにスリット付円筒型
アンテナを配置し、磁界の磁束密度を875ガウスもし
くはそれ以上にすることにより、イオンエネルギーの低
いECRプラズマを対向磁界で閉じ込め、低ダメージで
高速な薄膜形成が可能になる効果かある。
又、従来のECRのスパッタリング装置とは異なり、構
造の自由度か大きく、膜か何着してもマイクロ波が導入
しにくくなることはない。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明を実施したスパッタリング装置の断面
図、第2図は、第1図のスパッタリング装置に用いられ
たスリット付円筒型マイクロ波アンテナの概観図、第3
図は、従来の平行平板型スパッタリング装置の断面図、
第4図は、従来のマグネトロンスパッタリング装置の断
面図、第5図は、従来の対向ターケラトスパッタリング
装置の断面図、第6図は従来のECRスパッタリング装
置の断面図、第7図はダメージ評価に用いた基板の断面
図である。 図において、 101 301 401 501.601は真空室、1
02,302,402,502.602は基板、103
,303.403.503603は支持体、104,3
04.404504は雰囲気ガスの導入管、105,3
05405.505は排気口、106.306406 
506 606はターゲット電源、107 307 4
07.507.607はタケット電極、108,308
.408,508608はターゲラ1−1409,40
9,509は磁石、110はマイクロ波電源、 111.211はスリット付円筒型アンテナ、212は
スリット、213は円軸管、612はマイクロ波、61
3はコイル、714はn+−3i基板、715はゲート
酸化膜、716はケート電極、717はPSG膜、71
8は堆積したA4膜、719はC−V測定系。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)スパッタリング面が対向するように設けられ負の
    バイアスを印加できるターゲットの背面に該スパッタリ
    ング面に垂直な方向に磁界を発生する手段を設け、該タ
    ーゲット間の空間の側方に基板を配置したスパッタリン
    グ装置であって、前記ターゲット間の空間を囲むように
    マイクロ波導入手段としてのスリット付円筒型アンテナ
    を配置したことを特徴とするスパッタリング装置。
  2. (2)前記マイクロ波の周波数が2.45GHzであり
    、前記磁界の磁束密度がターゲット間の空間で875ガ
    ウスもしくはそれ以上である請求項(1)に記載のスパ
    ッタリング装置。
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